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图1 IEEEPSDP-SSR工作小组对SSR/SSO的形态分类
2.2 建议的新分类方法
风电等变流器式电源参与或引发的次同步功率振荡现象出现后,原有分类方法不再适用,故本文尝试提出一种新的SSR/SSO形态分类思路。SSR/SSO的2个关键要素是:振荡模式的主导来源和机网间的相互作用方式;根据前者可将电力系统中出现过的各种SSR/SSO在形态上分为3大类,进一步可依据后者来细分,如图2所示。
第1类形态源于旋转电机的轴系扭振,其中旋转电机包括大型汽轮机组、水轮机组、1-3型风电机组和大型电动机;系统中的串联电容、高速控制装备/器(包括SVC、LCC-HVDC、VSC-HVDC、PSS/电液调速)以及进行投切操作的开关等对机械扭振做出反应,可能导致机组在对应扭振模式上的阻尼转矩减弱乃至变负,造成振荡的持续乃至放大。
第2类形态源于电网中电感(L)-电容(C)构成的电气振荡,交流串补电网、各种滤波电路以及并联补偿都存在构成L-C振荡的电路元件,仅从电网来看,由于网络元件具正电阻特性,不会导致该L-C振荡的持续或发散,但旋转电机(包括同步/异步发电/电动机)或者电力电子变流器在特定工况下可能对该振荡模式呈现“感应发电机/负电阻”效应,当负电阻超过电网总正电阻时,就可能导致L-C振荡发散;当然,电机或变流器也会改变等值电感/电容参数,从而在一定程度上改变振荡频率。
第3类形态则源于电力电子变流器之间或其与交流电网相互作用产生的机网耦合振荡,与第1、2类形态不同,这一形态往往难以从机组或电网侧找到初始的固有振荡模态,如果基于阻抗模型来解释,它也可以看作是多变流器与电网构成的“虚拟阻抗”在特定频率上出现串联型(阻抗虚部0、实部≤0)或并联型(阻抗无穷大)谐振的现象。
实际系统中,3种形态的振荡是可以共存的,特定情况下2种形态振荡的频率相互接近(或互补)时,甚至会出现风险更大的共振现象,譬如第1种形态的机组扭振频率与第2种形态的电气振荡频率接近互补时,会导致严重的共振发散现象,对应IEEE定义的TI型SSR。图2同时展示了本文分类方法与之前IEEE分类方法,以及新型SSR/SSO概念的关系。可见,新分类方法能兼容此前形态,具有很好的包容性和可扩展性。
图2 建议的SSR/SSO形态分类方法
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